Введение к работе
Актуальность темы. В промышленности, при получении
металлургической продукции, широко применяются процессы
пластической деформации с активными силами трения. Под
активными силами трения обычно понимают такие силы
трения, которые осуществляют или в основном
осуществляют технологический процесс. Ведущее положение
по объему производимой продукции в этих процессах
принадлежит прокатке. Большинство процессов
пластической деформации ведется с применением технологической смазки, изменяющей условия трения в очаге деформации и оказывающей за счет этого благоприятное воздействие _ как на ведение самого процесса, так и на получение качественного изделия. Важность активных сил трения в формировании готовых изделий вынуждает включать в математические модели процессов определенные соотношения для сил трения, учитывающие толщину слоя смазки между деформируемым изделием и инструментом. Известно также, что силы трения зависят от режима трения между инструментом и деформируемым изделием и оказывают решающее влияние на процесс деформирования и качество изделия. Анализ режима трения в процессах пластической деформации ведется обычно на основании расчетов толщины слоя смазки в очаге деформации при решении уравнений гидродинамики.
Существующие теории смазочного действия в
технологических процессах не в полной мере учитывают
поведение смазок при высоких давлениях. Ряд допущений
при исследовании течений в смазочном слое принимается
гипотетически. Анализируя течение слоя смазки при
листовой прокатке, исследователи предполагали
экспоненциальную зависимость динамической вязкости смазки от давления. Однако работы ряда ученых показали, что в области высоких давлений, характерных для процессов пластической деформации, эта зависимость меняется. Поэтому необходимо создание теоретических основ расчета толщины слоя смазки в процессе листовой прокатки с учетом ее новых свойств.
Наряду с прокаткой, особое внимание уделяется
совершенствованию, созданию и внедрению новых
технологических процессов пластической деформации с активными силами трения и реализующими эти процессы машинам. К таким машинам относятся агрегаты для пластической деформации заготовок с высокими обжатиями. Как правило, реализующиеся в этих агрегатах процессы,
представляют собой определенные сочетания элементов известных способов прокатки, ковки, осадки, волочения, а машины применяются как в составе литейно-прокатных агрегатов, так и самостоятельно. Новый технологический процесс, реализованный в агрегате циклической деформации, требует создания теоретических основ для исследования течения как смазки, так и деформируемой среды.
Процесс освоения и эксплуатации такого технологического процесса как прокатка - волочение выявил значительную нагруженность неприводного валка. Этот факт заставляет с позиций теории гидродинамической смазки искать новые пути улучшения процесса.
Метод конечных разностей (МКР) для уравнений Навье-Стокса, записанных в переменных вихрь-функция тока, хорошо зарекомендовавший себя в ряде задач по течению сред, не нашел практического применения в .задачах течения с неизвестным расходом деформируемой среды. К этому классу задач относятся задачи с активными силами трения при проскальзывании граничных поверхностей инструмента и деформируемого изделия.
Таким образом исследование течений смазок и деформируемых сред имеет важное научное и практическое значение. '
Цель работы. Целью диссертационной работы является развитие и создание теоретических основ процессов течения смазок и деформируемых сред в технологических процессах с активными силами трения и получение новых научных и практических результатов.
Научная новизна работы:
впервые разработана модель течения смазки при прокатке, учитывающая изменение пьезокоэффициента вязкости смазки с ростом давления;
впервые разработана модель течения смазки в новом процессе циклического деформирования;
развит метод конечных разностей для уравнений Навье-Стокса, записанных в переменных вихрь-функция тока, для класса задач течения сред с неизвестным расходом;
сделан анализ влияния основных факторов на формирование слоя смазки в технологических процессах;
выявлены закономерности течения пластически деформируемой среды в процессе циклического деформирования;
разработана математическая модель и алгоритм решения задач нестационарного течения пластически деформируемой среды, проведена проверка, работоспособности предложенного алгоритма.
Практическая значимость:
полученные результаты работы использованы при разработке технического задания на проектирование и изготовление установки совмещенного процесса непрерывного литья и деформации для производства листа из алюминия на Михайловском заводе обработки цветных металлов;
предложены защищенные авторскими свидетельствами способы и устройства для процессов с активными силами трения;
выявлены характеристики смазки, обеспечивающие стабилизацию условий трения при прокатке;
получены результаты, анализ которых позволил подобрать режимы процесса циклического деформирования с целью исключения обратного течения металла и повышения качества изделия;
разработаны алгоритмы и программы на IBM AT совместимой ПЭВМ для расчета режимов трения и течения пластически деформируемых сред.
Апробация работы. Основные положения и результаты
работы докладывались и обсуждались на V Всесоюзной
научно-технической конференции "Получение и обработка
материалов высоким давлением", Минск, 1987; на
Всесоюзной научно-технической конференции "Задачи
технического перевооружения листопрокатного
производства", Днепропетровск, 1987; на научно-технической конференции "Математическое моделирование технологических процессов обработки металлов", Пермь, 1987; на научно-технической конференции "Современные вопросы динамики и прочности в машиностроении", Пермь, 1986; на IV Всесоюзной научно-технической коференции "Теоретические проблемы прокатного производства", Днепропетровск, 1988; на Всесоюзной научно-технической конференции "Новые технологические процессы прокатки как средство интенсификации производства и повышения качества продукции", Челябинск, 198 9; на II Всесоюзной научно-технической конференции "Реология и оптимизация процессов переработки полимеров", Ижевск, 1989; на I
Всесоюзной школе конференции с международным участием "Математическое моделирование в машиностроении", Куйбышев, 1990; на Межгосударственной научно-технической конференции "Состояние и перспективы развития научно-технического потенциала южно-уральского региона", Магнитогорск, 1994.
Публикации. По результатам диссертации опубликовано 23 работы, включая 6 авторских свидетельств.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 3 глав, заключения, списка использованных источников, приложения, изложенных на 207 страницах машинописного текста, содержит 59 иллюстраций и список использованной литературы из 202 наименований.